光电检测实验指导书

东华理工大学核工程技术学院测控技术及仪器一、试验目的通过试验是学生对光源，光源分光原理、光的不同波长等根底概念有具体生疏。二、根本原理〔白炽灯〕光谱为连续〔白炽灯的另〕光谱。利用分光三棱镜后，可以供给红色，黄色，绿色，蓝色等多种波长的光辐射。激光光源是半导体激光器，放射出波长为630纳米的红色光〔激光特性：123。相干性等。三、用器件与单元主机、一般光源、分光装置〔三棱镜、半导体激光器。四、试验步骤依据图1-1进展组装和接线，用试验线将主机中AC12V沟通电源输出与一般光源相连接。合上主机的总开关。松开1-1中光源或三棱镜的升降固定螺丝，调整高度使光束对准三棱镜，〔光面〕的棱在前面。然后调整涡杆角〔狭缝端盖〕上消灭清楚的光谱。假设不清楚可略微旋转光源罩〔灯和松开升降杆固定螺丝转动一个角度〔光束方向〕使光束丢准三棱镜的工作面〔要点：光束对准棱镜工作面、灯丝方向。1-1中的一般光源取下，换上半导体激光源，降级象〔单色性。五、思考题解释试验现象。半导体激光器的特性有哪些？半导体激光器的放射角一般为5º～10º，你如何利用试验装置和直尺完成最简洁的发散角测量试验方法。接主机接主机V前端盖狭缝端盖后端盖光源罩三棱镜遮光筒光敏元件涡轮后端盖升降固定螺钉杆座蜗杆主机光敏元件性能试验升降固定螺钉1-1分光试验一、试验目的了解光敏电阻的光照特性、光谱特性和伏安特性等根本特性。二、根本原理特性与入射光强、波长和外加电压有关。三、需用器件与单元主机、安装架、发光二极管光源、光敏电阻探头、光照度计及探头、分光装置。四、试验步骤亮电阻和暗电阻测量2－1是光敏电阻试验原理图2-1光敏器件试验原理图按图2－2光照度试验安装接线。将照度计探头与主机小面板上照度计显示表顺时针渐渐调整0～20mA可调整电流源旋纽，使照度计显示为100Lx。撤下照度计探头，换上光敏电阻探头及电路〔图2-。顺时针渐渐调整0~5V可调整电源，使电压表显示5V〔如调不到5V则Ｖcc改接0~15V可调整电压。2-2光敏元件性能试验接线图在光敏电阻与电源之间用遮光筒连接，10〔量程为20V档〕的值分别为亮电压U

和亮电流I 。亮 亮表〔量程为20V档〕和电流表〔量程为20uA档〕的值分别为暗电压U6〕依据以下公式，计算亮阻和暗阻

和暗电流I 。暗 暗R ＝U ／I亮 亮

； R ＝U ／I暗 暗 暗7〕光敏电阻在不同的照度下有不同的亮阻和暗阻；在不同的工作电压下有不同的亮阻和暗阻。光照特性测量当光敏电阻的工作电压〔Vcc〕为+5V时，光敏电阻的电流随光照强度的变化而变〔试验方法同以上试验，照度计探头和光敏电阻探头交替使用，测得数据填入表2-，并作出光I－Lx曲线图。(Lx)20(Lx)20406080100120140160180mA2-3光敏电阻光照特性试验曲线伏安特性测量50Lx100Lx150Lx2-2转变光敏电阻的工作电压值ΔU=0.5V〔由电压表检测，测得不同光照条件下流过光敏电阻的电流值，将数据填入表2-做不同照度下的三条伏安特性曲线。2-2〔mV〕00.511.522.533.544.5550电流(mA)照度〔Lx〕100电流(mA)150电流(mA)2-4光敏电阻伏安特性光谱特性测量1-1〔Vcc5V电压源2-3。光敏电阻光敏电阻GL-5528颜色波长〔nm〕电流红630-760橙590-630黄560-590绿500-560青470-500蓝430-470紫380-430五、思考题：为什么测光敏电阻亮阻和暗阻要经过10秒钟后读数，这是光明电阻的缺点，只能应用于什么状态？试验三光敏二极管的特性试验一、试验目的了解光敏二极管工作原理及光生伏特效应二、根本原理：当入射光子在本征半导体的p-n结及其四周产生电子-nnp端便产生电动势，这称为光生伏特效应，简称光伏效应。光敏二极管基于这一原理。假设在外电路中把p-n短接，就产生反向的短路电流。光照时反向电流会增加，并且光电流和照耀强度成线性关系。三、需用器件与单元：主机、安装架、光敏二极管探头、光源、光照度计及探头、分光装置。四、试验步骤：光照特性的测试2-2安装接线〔留意接线孔的位置相对应电流。时针方向渐渐旋到底〔5，将0~2mA可调电流源调整旋钮逆时针方向渐渐旋到底，读取主机上电流表〔20uA档〕0uA，一0.1uA，暗电流越小越好。2〕光电流测试：a．关闭主机总电源，撤下光敏二极管探头，换上光照度针探头。．翻开主机电源，顺时针方向渐渐地调整0~20mA可调电流源〔光源100Lx。100Lx5V下的光电流。b、c3-1I-Lx曲线。Lx5Lx51015………………..707580I〔mA〕3-1光敏二极管光照特性光谱特性测试试验方法与光敏电阻的光谱特性试验方法一样。将数据填入表3-2。3-2光敏二极管光敏二极管2CU2B颜色波长〔nm〕电流红630~760橙590~630黄560~590绿500~560青470~500蓝430~470紫380~43试验四 光敏二极管特性试验一、试验目的了解光敏二极管构造、性能和V-I特性。二、根本原理Ge或Si单晶体制造NPN或PNP型光敏三极管。其构造使用电路及等效电路如图4-1所示(a)光敏三极管构造 (b)使用电路 (c)等效电路4-1光敏三极管构造及等效电路-基极产生的电流，输入到共发三极管的基极在放大。不同之处是，集电极电流〔光电流E、C两个电极，体积小，光电特性是非线性的，广泛应用于光电自动把握作光源开关应用。三、需用器件与单元主机、光敏三极管、光源、照度计及探头、分光装置四、试验步骤光敏三极管伏安特性光敏三极管在不同的照度下的伏安特性就象一般晶体在不同的基极电流输出特性一样。光敏三极管把光信号变成电信号。2-2中的光敏元件换成光敏三极管，按图接线〔留意接线孔颜色相对应AmA20V档。首先缓慢调整0～20mA〔光源电压〔2、4、68L0-5V电源转变光敏三极管的电压，测量光敏三极管的输出电流和电压。填入表4-1～表4-4，并作出确定光照度下的光敏三极管的伏安特性曲线〔可多做几组族线〕U〔V〕100.51.0U〔V〕100.51.01.52.02.53.03.54.04.55I〔mA〕1表4-2 在4Lx照度下UU〔V〕100.51.01.52.02.53.03.54.04.55I〔mA〕1U〔V〕100.51.0U〔V〕100.51.01.52.02.53.03.54.04.55I〔mA〕1表4-4 在8Lx照度下UU〔V〕 010.51.01.52.02.53.03.54.04.55I〔mA〕1图4-2 光敏三极管伏安特性试验曲线光敏三极管的光照特性测量4-5，I-Lx特性曲线。Lx5Lx5101520253035405060I(mA)4-3光敏三极管光照特性试验曲线光敏三极管的响应波长〔光谱特性〕〔光谱特性〕的试验方法参照光敏电阻的光谱特性试验。将4－6，并作出光谱特性曲线。光敏三极管3DU33电流4光敏三极管3DU33电流颜色波长〔nm〕红630-760橙590-630黄560-590绿500-560青470-500蓝430-470紫380-430五、思考题光敏二极管、光敏三极管的应用场合？试验五光电池试验一、试验目的了解光电池的光照特性，生疏其应用。二、根本原理p-n结的p-n三、需用器件与单元主机，安装架，发光二极管光源，照度计及探头，硅光电池四、试验步骤1．光照特性〔开路电压、短路电流〕光电池在不同的照度下，产生不同的光电流和光电动势。它们之间的关系就是5-1安装接线〔留意接线孔的颜色相对应，试验时，为了得到光电池接入电路来测量数据。5-1硅光电池性能试验接线图0Lx、5Lx、10Lx……时测量得到的开路电压〔留意为得到开路电压和短路电流不能同时测量电压和电流〕填入表5-1，并作出曲线图。强度(Lx)0强度(Lx)051015………95100〔mA〕〔mV〕图5-2 硅光电池开路电压短路电流试验〔透射式〕一、试验目的了解透射式电开关组成原理及应用二、根本原理种特性可制成光电开关来测速、计数、把握等。三、需用器件与单元主机、光耦、电机、示波器〔自备。四、试验步骤将主机的大面板上的光电转速与光电转速试验块相连接〔插孔颜色相对把VO输出与示波器相连。引入5V电源到光电转速试验模块。将0—12V电压源引到电机电源上。0—12V波器的显示。一、试验目的了解热释电红外传感器的原理及性能二、根本原理热释电红外传感器的主要由滤光片、PZTFET及电阻、光片对5um接收道红外能量信号后实现了“热－电”的转变，就有电压信号输出。三、需用器件与单元：主机、红外热释电四、试验步骤按图片7-1接线；将红外热释电探头的三个插孔相应地连到试验模板热释电红外探头的输入端口上〔S。翻开主机电源，手在红外热释电探头端面晃动时，探头有微弱的电压变化信号路，使指示灯点亮。观看这个现象过程。图7-1 红外热释电试验接线图一、试验目的了解光调制解调的原理。二、根本原理光束是一种电磁波，具有振幅、相位、强度和偏振等参量和良好的相干性。〔如数字信号〕的归律变化，那么该光束就受到了调制，到达“运载”信息的目的。用的是脉冲电光调制。三、需用器件与单元主机、红外放射管、光敏三极管四、试验步骤8-1接线：在光脉冲调制试验中，将红外放射二极管探头的两个插孔与输入口相连，再引入工作电源。8-1光脉冲调制试验翻开主机电源，将两个探头〔放射和接收探头〕对准，可以看到试验模板上的发光。一、试验目的PSD光电位置敏感器件的原理与其在激光定位中的应用。二、根本原理9-1所示，外表层P为感光面，在其两边各有一信号输入电极，底层的公共电极是用与加反偏电压。当光0和PSDI0和

，光生电流就就流向两1和I1和

=I+I1

。而I I0122的分流关系则取决于入射光点到两个输出电极间的等效电阻。假设PSD外表分流层的PDS可简化为图9-2R1R2为入射光点位R1、R2正于光点到两个输出电极的距离。01229－19－212由于 I/I=R2/R1=〔L-X〕/〔L+X〕12I=I+I0 1 21所以可得 I1I2

=I〔L-X/2L〕00=I〔L+X/2L〕00〔X= I〔2

-I/I L〕1 0〕02成1当入射光恒定的时候，I恒定，则入射光点与PDS中间零位移点距离X与I-I02成1位置，从而实现激光定位。三、需用器件与单元主机、半导体激光器、PSD传感器四、试验步骤Vr，另外两个O1可以任凭接。在电路图中，VO1

Vi Vo、3 2、

Vi Vo、5 、

接小面板的电压表〔量程选择接接20。接接图9-3 激光定位试验接线图开主机电源，转动测微头使激光光点在PSD上的位置从一端移向另一端。此时5〔可以大于5〔Rw2PSD的其中一端点上。向转动测微头使光点向PSD另一端位移，每转动0.2mm记录一个数据填入10-1。重复三次，取三次数据的平均值，作出电压与激光点的位移特性。位移量〔mm〕位移量〔mm〕〔V〕9-1所列的数据，作出激光点位移与输出电压的函数关系：X=f(U)。依据X=f(U)X=2mmU的计算值。转动测微头，使输出电X”δ=〔X-X”〕/X，此时激光定位的精度误差。五、思考题入射光点大小对测量有什么影响？使用在什么量程范围好？光纤位移传感器一、试验目的了解光纤位移传感器的工作原理和性能二、根本原理本试验承受传光型光纤，它由两束光纤混合后组成Y型光纤，半圆分布即双D型合后的端部是工作断亦称探头，它与被测体相距X，由光源发出的光传到端部出射后在X有关，因此可以用于测量位移。三、需用器件与单元主机、Y型光纤传感器、光纤支架及紧固螺钉、测微头、反射面四、试验步骤依据1